《计算机系统结构教学资料》第四章作业答案优质PPT.ppt

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（1）在上述流水方式下，完成AB需多少时间？

画出时空图并计算此流水线的使用效率和吞吐率。

（2）与顺序运算方式相比，加速比为多少？

2,T,解:

（1）,1,2,3,4,1,2,3,4,4,5,5,5,1,2,3,1,2,3,19,S,6,1,2,3,4,5,4,5,完成A*B需要的时间=19,效率为：

吞吐率为：

（2）加速比为：

2、已知某单功能非线性流水线的预约表如下图，要求：

（1）列出禁止表F和冲突向量C。

（2）画出该流水线状态图，确定其最小平均延迟以及此时的调度方案？

当按此流水调度方案共输入8个任务时，则其实际吞吐率为多少？

附图,解：

（1）禁止表F=4冲突向量C=（1000）

（2）最佳调度策略（1，1，1，5）吞吐率=8/17t,=5,=5,=5,=5,=5,=5,=5,=5,1,2,3,2,3,3,1,3,2,1,1,2,各种调度方案及其相应的平均延迟：

3、有一个双输入端的加-乘双功能静态流水线，由经过时间为t、t、2t、t的1、2、3、4四个子过程构成。

加按124连接，乘按134连接，流水线输出设有数据缓冲器，也可将数据直接返回输入。

现要执行A*（B+C*（D+E*F）+G*H的运算，请调整计算顺序，画出能获得吞吐率尽量高的流水时空图，标出流水线入、出端数据的变化情况，求出完成全部运算的时间及此期间整个流水线吞吐率，效率，加速比？

如对流水线瓶颈子过程再细分，最少只需多少时间可完成全部运算？

若子过程3不能再细分，只能用并联方法改进，问流水线的效率为多少？

解：

根据题意，对算法经调整后，能使流水吞吐率尽量高的流水时空图如图所示。

图中已标出了流水线入、出端的数据变化情况。

S,1,2,3,4,1,2,1,2,1,2,3,3,3,1,2,3,4,5,6,4,5,4,5,6,6,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,输入,输出,AC,EF,AB,GH,ACD,ACEF,ABACD,ACEFGH,ACEF+GHACD+AB,AC,EF,AB,GH,ACD,ACEF,ACD+AB,ACEF+GH,ACEF+GH+ACD+AB,21t,S,1,2,31,32,1,2,1,3,2,4,3,5,6,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,根据上图的流水时空图，可以看出，完成全部运算的时间为21t。

如果现在将瓶颈子过程3细分成两个子过程，则时空图如下图所示。

4,1,3,2,4,5,6,1,3,2,4,5,6,16t,S,1,2,31,32,1,2,1,3,1,3,3,5,5,4,5,6,7,8,7,8,7,8,9,9,9,4,2,4,2,4,6,6,1,3,2,4,5,6,16t,由上图可见，完成全部运算最少需要16t的时间即可。

现在若子过程3不能再细分了，只能用2个子过程3通过并联来改进，则其时空图如下图所示。

完成全部运算时的流水线效率,4、超级标量机和超级流水线机都能开发指令级的并行性，现假定这两种机器的流水线都为4段，每段均需1个时钟周期。

若在超级标量机中，每个时钟周期可同时启动3条指令，而超级流水线机中则是每隔1/3时钟周期启动一条指令。

现若要执行6条指令的代码序列，问在两种机器上各需用多少个时钟周期方可执行完毕？

解：

超级标量机需5个时钟周期，超级流水线机需5.67个时钟周期。

5、在CRAY-1机上，V是向量寄存器，设向量长度均为32。

S是标量寄存器，所用浮点功能执行部件的执行时间分别为：

加法需6拍，相乘需7拍，从存储器读存数需6拍，求倒数近似值及除法需14拍，写入寄存器及启动功能部件（包括存储器）各需1拍。

问下列各指令组中的哪些指令可以链接？

哪些指令不可链接？

哪些指令可以并行执行？

试说明其原因并分别计算出各指令组全部完成所需的拍数。

（1）V0存储器

（2）V2V0+V1V1V2+V3V3存储器V4V5*V6V4V2*V3（3）V0存储器（4）V0存储器V3V1+V2V11/V0V4V0*V3V3V1+V2V6V4+V5V5V3*V4（5）V0存储器（6）V3存储器V1V2+V3V2V0+V1V4V5*V6s0s2+s3s0s1+s2V3V1*V4（7）V3存储器（8）V0存储器V2V0+V1V2V0+V1V4V2*V3V3V1+V2存储器V4V5V3*V4,解：

（1）三条指令可全并行执行,需（1+7+1）+（32-1）=40（拍）

（2）前两条并行,和第三条链接，需（1+7+1）+（1+6+1）+（32-1）=48拍（3）前两条并行和第三条链接,而第四条指令与第三条指令串行（因第二条和第四条功能部件冲突），需（1+6+1）+（1+7+1）+（32-1）+（1+6+1）+（32-1）=87拍（4）全部链接（1+6+1）+（1+14+1）+（1+6+1）+（1+7+1）+（32-1）=72拍（5）全并行执行，需（1+7+1）+（32-1）=40（拍）（6）前三条指令并行，与第四条指令串行（V1源操作数冲突），需（1+6+1）+（32-1）+（1+7+1）+（32-1）=79拍（7）前两条指令并行，与第三条链接，再与第四条串行（因第一条和第四条冲突），需（1+6+1）+（1+7+1）+（32-1）+（1+6+1）+（32-1）=87拍（8）前两条指令链接，与第三条串行（V1源操作数冲突），与第四条链接，需（1+6+1）+（1+6+1）+（32-1）+（1+6+1）+（1+7+1）+（32-1）=95拍,